Slika 1. Regije glavnog i bočnog snopa korištene za definiranje efikasnosti snopa antene.
Šta je efikasnost antenskog snopa?
Efikasnost antenskog snopa, koja se naziva i efikasnost glavnog snopa, predstavlja dio ukupne izračene snage antene koji pada unutar definiranog područja glavnog snopa. Odgovara na praktično pitanje dizajna: koliko dostupnog zračenja je koncentrirano prema predviđenom kutnom sektoru umjesto da se distribuira u bočne reževe i zadnji režanj?
Za prijemnu antenu, reciprocitet omogućava da se ista ideja posmatra kao dio primljene snage prikupljene kroz glavni snop kada su okolno polje i uslovi polarizacije konzistentno definirani. Efikasnost snopa je stoga posebno korisna u radaru, radiometriji, satelitskim vezama, mikrovalnim sistemima od tačke do tačke i mjerenju antena, gdje energija koja dolazi iz neželjenih smjerova ili odlazi prema neželjenim smjerovima može smanjiti tačnost ili povećati interferenciju.
Na slici 1, glavni režanj je centriran na z-osi. Ako je ugao konusa θ1označava prvu nulu ili drugu eksplicitno specificiranu granicu glavnog snopa, efikasnost snopa se izračunava integriranjem dijagrama snage unutar tog konusa i dijeljenjem sa snagom integriranom preko cijelog dijagrama zračenja.
Formula za efikasnost antenskog snopa
Korištenje normaliziranog obrasca snage Pn(θ,φ), opći izraz za efikasnost snopa prikazan je ispod:
Brojnik predstavlja snagu sadržanu unutar odabranog prostornog ugla glavnog snopa, ΩMBNazivnik predstavlja ukupnu izračenu snagu integriranu preko 4π steradijana. Rezultirajuća vrijednost, ηB, je bezdimenzionalan i obično se izražava kao procenat.
- Pn(θ,φ)je normalizovani obrazac snage. Ako se koriste izmjereni podaci električnog polja, odgovarajući član snage je proporcionalan |E|2.
- ΩMBje specificirano područje glavnog snopa, često ograničeno prvim nultama ili definiranim kutom konusa.
- θ i φsu koordinate elevacije i azimuta koje se koriste za opisivanje punog dijagrama zračenja.
Granica glavnog snopa mora uvijek biti navedena uz rezultat. Dvije laboratorije mogu dobiti različite numeričke vrijednosti iz istog uzorka ako jedna integrira do prve nule, dok druga koristi fiksni kutni konus. Za približno rotacijski simetričan olovni snop, integracija se može pojednostaviti kao što je prikazano u sljedećem izrazu.
Kako se mjeri efikasnost antenskog snopa?
Efikasnost snopa se dobija iz podataka o dijagramu zračenja, a ne iz jednog očitanja boresighta. Može se koristiti kalibrirani domet dalekog polja, testni domet kompaktne antene ili sistem bliskog polja sa validiranom transformacijom dalekog polja. Za fazne antenske nizove, mjerenje treba ponoviti za svako potrebno stanje snopa, frekvenciju i polarizaciju jer greške skeniranja i amplitude ili faze mogu preraspodijeliti snagu u bočne režnjeve.
- Izmjerite dijagram zračenjapreko dovoljnog ugaonog pokrivanja da uključi glavni snop, bočne reževe i zadnji režanj.
- Pretvorite izmjereno polje u obrazac snagei primijenite istu normalizaciju na svaki angularni uzorak.
- Definišite granicu glavnog snopa, kao što je kontura prve nule ili određeni ugao konusa.
- Integrirajte moć unutar te granicei podijelite to sa stepenom integriranim preko cijelog uzorka.
- Prijavite uslove testiranja, uključujući frekvenciju, polarizaciju, stanje snopa, kutnu rezoluciju i definiciju granice.
Par dvodimenzionalnih rezova E-ravni i H-ravni može pokazati širinu snopa i ponašanje bočnih režnja, ali obično ne pruža potpunu trodimenzionalnu vrijednost efikasnosti snopa osim ako nije opravdana rotaciona simetrija. Podaci o punoj sferi ili dovoljno potpuni podaci o uzorku daju obranjiviji rezultat. Saznajte više o RF MISO-ima.mogućnosti testiranja antena.
Efikasnost snopa u odnosu na druge termine efikasnosti antene
Efikasnost snopa u odnosu na efikasnost zračenja
Efikasnost zračenjaupoređuje izračenu snagu sa snagom koju antena prima i stoga odražava gubitke u provodniku i dielektriku.Efikasnost snopaopisuje kuda odlazi izračena snaga. Antena može imati niske interne gubitke, ali i dalje imati skromnu efikasnost snopa ako se značajna snaga pojavi u bočnim režnjevima ili zadnjem režnju.
Efikasnost snopa u odnosu na usmjerenost i pojačanje
Direktnostopisuje vršnu koncentraciju zračenja u odnosu na izotropni radijator. Pojačanje kombinuje usmjerenost sa efikasnošću zračenja, dok realizovano pojačanje takođe uzima u obzir neusklađenost impedanse. Efikasnost snopa je drugačija jer integriše snagu preko ugaonog područja umesto da procenjuje samo smer vrha.
Efikasnost snopa u odnosu na širinu snopa
Širina snopa pri polovičnoj snazi je ugaona širina između tačaka od -3 dB glavnog režnja. Uzak snop često prati visoku usmjerenost, ali sam po sebi ne dokazuje visoku efikasnost snopa. Dijagram može imati uzak vrh, a ipak slati značajnu energiju u bočne reževe. Širina snopa i nivo bočnih režnja stoga se moraju pregledati zajedno s integriranom vrijednošću efikasnosti snopa.
Šta kontroliše efikasnost antenskog snopa?
1. Nivoi bočnih i zadnjih režnjeva
Snaga izvan odabranog područja glavnog snopa direktno smanjuje efikasnost snopa. Visoki bočni snopovi mogu biti rezultat diskontinuiteta otvora blende, razmaka između nizova, grešaka amplitude ili profila osvjetljenja koji nije optimiziran za potreban uzorak. Povratno zračenje i raspršenje od obližnjih struktura mogu imati sličan učinak.
2. Osvjetljenje otvora blende i sužavanje amplitude
Aperturne antene i nizovi koriste distribuciju amplitude preko zračećeg otvora blende. Gotovo ujednačena distribucija može proizvesti uzak glavni snop i visoku usmjerenost, ali može proizvesti i relativno visoke bočne režnjeve. Primjena sužavanja amplitude može potisnuti bočne režnjeve i smjestiti više ukupne snage dijagrama u željeno područje, iako pretjerano sužavanje može proširiti glavni snop i smanjiti vršno pojačanje ili efikasnost otvora blende. Stoga je najbolje podešavanje kompromis specifičan za primjenu.
3. Prelijevanje hrane i strukturna blokada
U reflektorskoj anteni, energija koja promaši reflektor se prelijeva i ne doprinosi željenom glavnom snopu. Nosači napajanja, subreflektor ili obližnji hardver također mogu blokirati ili raspršiti dio polja otvora blende. Ispravan odabir napajanja, pozicioniranje žarišta i mehaničko poravnanje pomažu u kontroli ovih gubitaka i neželjenih režnjeva.
4. Fazne, amplitudne i površinske greške
Fazni disbalans između elemenata antenskog sistema, nejednak gubitak napajanja, tolerancija u proizvodnji, greška površine reflektora i izobličenje radoma mogu odmaknuti energiju od predviđenog snopa. Ovi efekti obično postaju važniji s povećanjem frekvencije jer fiksna dimenzionalna greška predstavlja veći dio talasne dužine.
5. Čistoća polarizacije
Neke definicije efikasnosti snopa uključuju samo snagu u željenoj polarizaciji. Unakrsno polarizovano zračenje unutar ili izvan glavnog snopa tada može smanjiti prijavljenu vrijednost. Polarizaciju treba dosljedno specificirati u simulaciji, mjerenju i sistemskim zahtjevima.
Efikasnost snopa, širina snopa i propusni opseg su različiti
Efikasnost snopaje integrirani omjer ugaone snage.Širina snopaopisuje ugaonu širinu glavnog režnja na navedenom nivou, obično na polovini snage ili -3 dB tačke.Propusni opseg anteneopisuje frekventni opseg u kojem su zadovoljeni odabrani zahtjevi. Ovi parametri utiču jedan na drugi, ali nisu zamjenjivi.
Dizajn može održavati prihvatljiv VSWR u širokom frekventnom opsegu dok se smjer snopa, nivo bočnih režnjeva ili efikasnost snopa značajno mijenjaju blizu rubova opsega. Performanse dijagrama stoga treba provjeriti na nekoliko frekvencija, a ne zaključivati samo iz impedanse širine pojasa. Za detaljan tretman definicija frekventnog opsega, pogledajtePropusni opseg antene.
Kako se može poboljšati efikasnost snopa?
- Odaberite konusni otvor blende koji uravnotežuje potiskivanje bočnih latica, širinu glavnog snopa i pojačanje.
- Optimizirajte položaj reflektora za dovod svjetlosti, osvjetljenje rubova i prelijevanje.
- Koristite odgovarajući razmak između elemenata i preciznu kontrolu amplitude ili faze u nizovima kako biste izbjegli režnjeve rešetke.
- Smanjite blokiranje, raspršivanje kablova i neželjenu interakciju sa montažnom strukturom ili radomom.
- Kontrolirajte tolerancije obrade, tačnost površine i poravnanje na najvišoj radnoj frekvenciji.
- Provjerite kopolarne i krospolarne obrasce u cijelom radnom opsegu i svakom potrebnom stanju snopa.
Gdje je efikasnost dugih svjetala najvažnija?
Efikasnost dugog snopa je posebno vrijedna kada snaga ili primljena energija moraju biti ograničeni na dobro definirani smjer. Tipični primjeri uključuju radare za praćenje ciljeva i snimanje, satelitske komunikacijske veze, radioastronomiju i radiometriju, mikrovalne veze od tačke do tačke, sisteme za napajanje reflektora, kalibracijske antene i elektronski upravljane antenske nizove.
Ne postoji univerzalni postotak efikasnosti snopa koji je tačan za svaku antenu. Koristan zahtjev mora navesti radnu frekvenciju, polarizaciju, stanje snopa i ugaonu granicu, zajedno s prihvatljivim ponašanjem bočnih i zadnjih režnja. Ovo omogućava direktno upoređivanje podataka dobavljača, simulacije i izmjerenih rezultata.
Šta kupci trebaju provjeriti u tehničkom listu antene?
Kada je kontrola snopa važna, nemojte procjenjivati antenu samo na osnovu vršnog pojačanja. Pitajte proizvođača koji su podaci o dijagramu i uslovi testiranja dostupni za tačan model i frekvencijski opseg.
- Radni frekvencijski opseg i frekvencije korištene za mjerenja uzoraka
- Pojačanje, širina snopa polovine snage i nivo prvog bočnog režnja u odnosu na frekvenciju
- Kopolarni i krospolarni dijagrami zračenja u potrebnim ravnima ili preko sfernog skeniranja
- Ugaona granica i polarizacija koje se koriste za izračunavanje efikasnosti snopa, kada je ta vrijednost specificirana
- VSWR, interfejs konektora ili talasovoda, rukovanje snagom i zahtevi okoline
- Mehaničke tolerancije, raspored montaže i bilo koja konfiguracija radara ili reflektora za napajanje
Rješenja za RF MISO mikrovalne antene
RF MISO isporučuje mikrotalasne i milimetarske talasne antene za mjerenje, radar, komunikaciju i sistemsku integraciju. Relevantne porodice proizvoda uključujustandardne antene sa pojačanjem, reflektorske anteneiantenski nizSpecifikacije specifične za model i dostupni podaci ispitivanja trebaju se pregledati u odnosu na potrebnu frekvenciju, polarizaciju, pojačanje i performanse dijagrama.
Za odabir antene ili prilagođene zahtjeve,kontaktirajte RF MISO at info@rf-miso.com.
Vrijeme objave: 12. jula 2024.
